Компактен силиконски базиран оптоелектронскиIQ модулаторЗа кохерентна комуникација со голема брзина
Зголемената побарувачка за повисоки стапки на пренесување на податоци и поефикасни трансиватори во центрите за податоци го водеше развојот на компактни високи перформансиОптички модулатори. Оптоелектронска технологија базирана на силикон (SIPH) стана ветувачка платформа за интегрирање на разни фотонски компоненти на еден чип, овозможувајќи компактни и економични решенија. Оваа статија ќе истражи роман превозник потиснат модулатор на силициум IQ, базиран на GESI EAMS, кој може да работи со фреквенција до 75 GBAUD.
Дизајн и карактеристики на уредот
Предложениот IQ модулатор усвојува компактна структура на три раце, како што е прикажано на Слика 1 (а). Составени од три GESI EAM и три менувачи на термо оптички фази, усвојувајќи симетрична конфигурација. Влезната светлина е споена во чипот преку спојник за решетки (GC) и рамномерно поделена на три патеки преку мултимоден интерферометар 1 × 3 (MMI). Откако минува низ модулаторот и фазата на менувачот, светлината се рекомбинира со уште 1 × 3 mmi и потоа се спои со едно-режим влакна (SSMF).
Слика 1: (а) микроскопска слика на IQ модулатор; (б) - (г) EO S21, спектар на сооднос на истребување и пренесување на единечен геси ем; (Е) Шематски дијаграм на IQ модулатор и соодветна оптички фаза на фаза на менувач; (ѓ) Претставување на потиснување на носачот на сложената рамнина. Како што е прикажано на Слика 1 (б), ГЕСИ ЕАМ има широк електро-оптички опсег. Слика 1 (б) го измери параметарот S21 на единечна структура на тест GESI EAM со помош на анализатор за оптичка компонента од 67 GHz (LCA). Сликите 1 (в) и 1 (г) соодветно го прикажуваат статичкиот спектар на односот на истребување (ЕР) на различни напони на ДЦ и преносот на бранова должина од 1555 нанометри.
Како што е прикажано на Слика 1 (Е), главната карактеристика на овој дизајн е можноста да се потиснат оптичките носители со прилагодување на интегрираниот фазен менувач во средната рака. Фазата на разлика помеѓу горните и долните раце е π/2, што се користи за комплексно подесување, додека фазата на разлика помеѓу средната рака е -3 π/4. Оваа конфигурација овозможува деструктивно мешање на превозникот, како што е прикажано во сложената рамнина на Слика 1 (F).
Експериментално поставување и резултати
Експерименталното поставување со голема брзина е прикажано на Слика 2 (а). Како произволен генератор на бранова форма (Keysight M8194A) се користи како извор на сигнал, а како модулаторски засилувачи со фаза од 60 GHz (со интегрирани пристрасни маички) се користат како двигатели на модулаторот. Пристрасниот напон на GESI EAM е -2,5 V, а фазата се совпаѓа со RF кабел за да се минимизира неусогласеноста на електричната фаза помеѓу каналите I и Q.
Слика 2: (а) експериментално поставување со голема брзина, (б) сузбивање на носачот на 70 GBAUD, (в) стапка на грешка и стапка на податоци, (г) соstвездие на 70 GBAUD. Користете комерцијален ласер за надворешна празнина (ECL) со ширина на линијата од 100 kHz, бранова должина од 1555 nm и моќност од 12 dBm како оптички носач. По модулацијата, оптичкиот сигнал се засилува со употреба наЗасилувач на влакна со влакна на Ербиум(ЕДФА) Да се компензираат загубите на спојување на чип и загубите на вметнување на модулаторот.
На крајот на приемот, анализатор на оптички спектар (ОСА) го следи спектарот на сигналот и сузбивањето на носачот, како што е прикажано на Слика 2 (б) за сигнал од 70 GBAUD. Користете кохерентен приемник со двојна поларизација за да добиете сигнали, кој се состои од оптички миксер од 90 степени и четири40 GHz балансирани фотоодиоди, и е поврзан со осцилоскоп во реално време од 33 GHz, 80 GSA/S (RTO) (Keysight DSOZ634A). Вториот извор на ECL со ширина на линијата од 100 kHz се користи како локален осцилатор (LO). Поради предавателот што работи под единечни услови за поларизација, само два електронски канали се користат за аналогно-дигитална конверзија (ADC). Податоците се евидентираат на RTO и се обработуваат со употреба на офлајн процесор за дигитален сигнал (DSP).
Како што е прикажано на Слика 2 (в), IQ модулаторот беше тестиран со употреба на QPSK формат на модулација од 40 GBAUD до 75 GBAUD. Резултатите покажуваат дека под 7% тешка одлука за корекција на грешка на грешка (HD-FEC), стапката може да достигне 140 GB/s; Под услов од 20% мека одлука Корекција на грешка нанапред (SD-FEC), брзината може да достигне 150 GB/s. Дијаграмот на соstвездието на 70 GBAUD е прикажан на Слика 2 (г). Резултатот е ограничен со широкопојасниот опсег на осцилоскоп од 33 GHz, што е еквивалентно на широчината на сигналниот опсег од приближно 66 GBAUD.
Како што е прикажано на Слика 2 (б), трите структури на рака можат ефикасно да ги потиснат оптичките носители со стапка на празнење над 30 dB. Оваа структура не бара целосно потиснување на превозникот и може да се користи и кај приемниците кои бараат тонови на превозникот за да закрепнат сигнали, како што се приемниците на Крамер Крониг (КК). Носачот може да се прилагоди преку централниот менувач на фази на рака за да се постигне посакуваниот сооднос на превозникот до страничната лента (CSR).
Предности и апликации
Во споредба со традиционалните модулатори на Мах Зендер (MZM модулатори) и други модулатори за IQ модулатори засновани на силиконски базиран на силикон, предложениот модулатор на силициум IQ има повеќе предности. Прво, тој е компактен по големина, повеќе од 10 пати помал од IQ модулаторите врз основа наМодулатори на Мах Зендер(со исклучок на влошките за врзување), со што се зголемува густината на интеграцијата и намалувањето на областа на чиповите. Второ, рангираниот дизајн на електрода не бара употреба на терминални отпорници, а со тоа да се намали капацитетот на уредот и енергијата по бит. Трето, способноста за сузбивање на превозникот го максимизира намалувањето на моќноста на преносот, дополнително подобрување на енергетската ефикасност.
Покрај тоа, оптичката ширина на опсег на GESI EAM е многу широк (над 30 нанометри), елиминирајќи ја потребата за мулти-канални кола за контрола на повратни информации и процесори за стабилизирање и синхронизација на резонанцијата на микробрановите модулатори (MRM), со што се поедноставува дизајнот.
Овој компактен и ефикасен IQ модулатор е многу погоден за следната генерација, високото броење на канали и малите кохерентни трансиверзии во центрите за податоци, овозможувајќи поголем капацитет и повеќе енергетска ефикасна оптичка комуникација.
Носачот го потисна модулаторот на силиконски IQ има одлични перформанси, со стапка на пренос на податоци до 150 GB/s под 20% услови на SD-FEC. Неговата компактна структура од 3-рака заснована на GESI EAM има значителни предности во однос на стапалото, енергетската ефикасност и едноставноста на дизајнот. Овој модулатор има можност да го потисне или прилагоди оптичкиот превозник и може да се интегрира со кохерентно откривање и шеми за откривање на Крамер Крониг (КК) за мулти -линиски компактен кохерентни привремени трансивер. Докажаните достигнувања ја поттикнуваат реализацијата на високо интегрирани и ефикасни оптички трансиверзи за да ја исполнат зголемената побарувачка за комуникација со податоци со висок капацитет во центрите за податоци и други полиња.
Време на објавување: Јануари-21-2025